专利名称：蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于非预混燃烧、平面燃烧、空气预热 燃烧和蜂窝蓄热原理，操作简单、方便、经济和快捷的蜂窝蓄热燃烧型催化 剂起燃装置。适用于流向变换型催化反应器，燃用石油液化气、天然气或合 成燃气的各种民用和工业催化燃烧锅炉，热力发电、燃气轮机或高温炉窑使 用。
技术背景催化燃烧是一种清洁高效的热能供应途径，符合我国中长期规 划低排放、高效率增长方式要求。研究开发催化燃烧技术，可以大规模推广普 及应用天然气燃料，改善我国大气污染状况，改善我国能源结构。
催化剂应用于燃烧领域需要解决经济且便捷起燃问题。北京建筑工程学
院学报2006年第3期报道，实验室研究专门设置一个基于电加热原理的空气预 热器，提出和尝试起燃阶段在混合气中引入氢气，使得催化剂在不经火焰预 热的情况下就能起燃。如附图2所示，催化反应器由monolith反应器14，流量 调节阀15，空气进口管16，氢气进口管17,甲烷气进口管18组成，实验开始 时先调节合适的氢气和空气流量。在室温下，氢气和空气能在钼催化剂上燃 烧，反应器温度能逐步升到40(TC以上。氢气燃烧速度快，增加了燃烧不安全 性。化工学报2003年第9期报道的流向变换型催化反应器只能在反应气体积百 分数极低条件下使用，利用体积大比表面积小的陶瓷蓄热球吸收较弱的反应 放热以提高催化操作经济性，切换周期长达十几小时。流向变换型催化反应 器的蓄热过程只是完成低温起燃以后的催化反应过程，低温起燃仍然是一个 亟待解决的问题。民用燃气燃烧和动力燃烧领域的催化燃烧技术能普遍推广 的不多，大多数尚处于研发阶段，很难见到有关低温起燃设计操作报道
实用新型内容
吸收高效蓄热材料研发成果，结合非预混燃烧、平面燃 烧、空气预热燃烧和蜂窝蓄热技术，设计出蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置， 满足催化燃烧低温起燃操作简单、方便、安全、经济和快捷等要求。
蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置，主要包括两套结构相同紧凑并列垂直 布置的蓄热燃烧器和空烟气四通换向阀，蓄热燃烧器主要包括稳压室，蜂窝 状的陶瓷蓄热体，蜂窝状的催化体，点火器，燃气快切阀和石英供气管，炉壁和两个催化体的顶面围成燃烧室，在两个燃烧器底部中间位置放置空烟气 四通换向阀，空烟气四通换向阀位置对称的两个气口分别和两个稳压室的进 气口相连接，在稳压室顶面上设置陶瓷蓄热体，陶瓷蓄热体间壁薄且比表面
积大于800m7m3，在陶瓷蓄热体的上面放置催化体，催化体和蓄热体蜂窝通道 轴线重合，燃气快切阀置于炉外且沿燃气流动方向置于石英供气管上游，石 英供气管穿过炉壁，石英供气管出口端高出催化体顶面15 20mm且和催化体 顶面中心在同一条垂直线上，点火器穿过石英供气管和催化体顶面之间的炉壁。
由换向阀送入的空气依次流经一个燃烧器的稳压室，蓄热体和催化体后 进入燃烧室，该燃烧器燃气快切阀处于开启状态使得燃气经石英供气管进入 燃烧室，烟气经过另一个燃烧器的催化体，蓄热体和稳压室后引入换向阀， 该燃烧器燃气快切阀处于关闭状态切断燃气供应，15 60s后两燃烧器燃气快 切阀开关状态改变，同时空烟气换向阀动作使得空气和烟气交换流动管道。
本实用新型适用于燃用低热值、低品位和低能量密度气体燃料，低温起 燃操作时间短，经济性好，稳定简便，催化体使用安全，燃烧安全，蓄热体 和催化体温度易于控制调节。各类流向变换型催化反应器，燃用石油液化气、 天然气或合成燃气的各种民用或工业催化燃烧锅炉、加热装置，热力发电， 燃气轮机发电或高温炉窑均可使用本实用新型。
图1为实用新型涉及的一种蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置。 图2为monolith催化反应器原理图。14为monolith反应器，15为流量 调节阀，16为空气进口管，17为氢气进口管，18甲垸气进口管。
以下结合附图1对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
如图1所示，蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置主要包括稳压室1和12， 蓄热体2和11，催化体4和9，供气管6和7，燃气快切阀3和10,点火器5 和8，空烟气四通换向阀13。稳压室l，蓄热体2，催化体4，点火器5，燃 气快切阀3和供气管6组成左侧蓄热式平面燃烧器，稳压室12，蓄热体ll， 催化体9，点火器8，燃气快切阀10和供气管7组成右侧蓄热式平面燃烧器。 两燃烧器燃烧面宽且集中并列布置。炉壁和催化体4和9的顶面围成燃烧室。空烟气四通换向阀13置于两个燃烧器底部中间位置，空烟气四通换向阀13 位置对称的两个气口分别和稳压室1和12的进气口相连接。稳压室1和12 起均匀分配空气或集气作用。点火器穿过石英供气管和催化体顶面之间的炉 壁，点火器5置于催化体4和燃气管6之间，点火器8置于催化体9和燃气 管7之间。蓄热体置于稳压室顶面之上且空烟气全部均匀流过蓄热体，蓄热 体2两端分别和稳压室1及催化体4紧密连接，蓄热体11两端分别和稳压室 12及催化体9紧密连接，燃烧室和催化体4及9紧密连接，蓄热体2和11主 要材质为A1203，设置蜂窝状气流通道，中间壁厚0.5 lmm，比表面积大于 800mVm3。催化体4和9呈球状或蜂窝状，可以是稀土型或贵金属型催化剂， 可以是涂敷型或整体型催化体，内部设置均匀的气流通道。催化体置于蓄热 体之上，催化体和蓄热体气流通道中心轴线重合。催化体4将燃烧室和蓄热 体2分隔开，催化体9将燃烧室和蓄热体11分隔开。燃气快切阀置于炉壁之 外且沿燃气流动方向置于石英供气管上游。供气管6和7用高温性能良好的 中空刚玉管作成。供气管穿过炉壁，供气管出口端高出催化体顶面15 20mm 且和催化体顶面中心在同一条垂直线上，将燃气送入燃烧室内催化体4或9 中心区域。燃烧室不设置水冷管。
由空烟气四通换向阀13送入的空气依次流经一个燃烧器的稳压室，蓄热 体和催化体后进入燃烧室，该燃烧器燃气快切阀处于开启状态使得燃气经石 英供气管进入燃烧室，烟气经过另一个燃烧器的催化体，蓄热体和稳压室后 引入换向阀，该燃烧器燃气快切阀处于关闭状态切断燃气供应，15 60s后两 燃烧器燃气快切阀开关状态改变，同时空烟气换向阀动作使得空气和烟气交 换流动管道。两燃烧器配合工作， 一燃烧器组织高温预热燃烧时另一燃烧器 排放烟气并起回收烟气余热功能，切换周期不超过lmin。燃气快切阀3及10 和燃烧器、空烟气四通换向阀13动作相一致。两点火烧嘴5和8为两燃烧器 提供稳定着火源，处于常开状态，不随两燃烧器燃烧周期性切换而变化。
以左侧燃烧器组织燃烧为例，进一步说明本实用新型涉及的低温起燃装置 和使用方法。左侧燃气快切阀3开启，右侧燃气快切阀10关闭。空气依次经 过空烟气四通换向阀13，稳压室l，蓄热体2和催化体4进入燃烧室内，燃气 依次流过燃气快切阀3和燃气管6注入燃烧室内催化体4顶部中心区域。由于 左侧蓄热体2温度高加上其比表面积大，空气流过蓄热体2时并迅速预热到高温
5水平。在点火器5作用下高温空气和燃气混合后着火，发生扩散控制型预热 空气燃烧，出现平面状火焰。燃烧室没有水冷管带走热量，但有炉壁蓄热。 由于炉壁温度低，在炉壁蓄热作用下流至催化体9的烟气温度低于催化体失 活温度。在引风机作用下，烟气依次经过催化体9和蓄热体11流入稳压室12， 再被引入空烟气四通换向阀13。在右侧蓄热体11里烟气放热降温到高出环境 温度50 10(TC的温度水平。
随着换热过程进行，左侧蓄热体2温度越来越低，右侧蓄热体ll温度越 来越高。15 60s后，空烟气四通换向阀13动作，空气和烟气交换流通管路， 燃烧改到右侧组织，左侧蓄热体2回收烟气余热，为空烟气四通换向阀13再 动作后预热预混物储存热量。此时右侧燃气快切阀10开启，左侧燃气快切阀 3关闭。燃气依次流过燃气快切阀10和燃气管7注入燃烧室内催化体9中心 区域，空气依次经过稳压室12，蓄热体11和催化体9进入燃烧室内，烟气依 次经过催化体4和蓄热体2流入稳压室1。
整个周期内催化体4和9温度变化小，温度整体水平逐渐升高，不会出 现因催化体大量吸热导致催化剂温度迅速升高而失活等问题。变化切换周期、 燃气流量或空气过剩系数是调节蓄热体2和11、催化体4和9温度分布的主 要手段。低温起燃操作基于蜂窝陶瓷蓄热、预热空气燃烧和平面燃烧原理， 热效率高，燃烧效率高，加热时间短。低温起燃基于非预混燃烧原理，操作 安全，无熄火和爆燃现象，没有明火对着催化体，催化体使用安全。另外， 本实用新型能很方便地实现"低温起燃"和"催化燃烧"工作方式的转变。
实验表明实用新型能燃用原本废弃热值低于800kCal/m3的低热值燃气， 低温起燃操作能在不到60min时间里将催化体温度提高到80(TC以上，经济性 好，稳定简便，燃烧稳定安全，催化体温度分布均匀、无局部高温且易于调 控。
权利要求1.一种蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置，其特征在于包括两套结构相同且紧凑并列垂直布置的蓄热燃烧器和空烟气四通换向阀，蓄热燃烧器包括稳压室，蜂窝状的陶瓷蓄热体，蜂窝状的催化体，点火器，燃气快切阀和石英供气管，炉壁和两个催化体的顶面围成燃烧室，在两个蓄热燃烧器底部的中间位置放置空烟气四通换向阀，空烟气四通换向阀位置对称的两个气口分别和两个稳压室的进气口相连接，在稳压室的顶面上设置陶瓷蓄热体，陶瓷蓄热体间壁薄且比表面积大于800m2/m3，在陶瓷蓄热体的上面放置催化体，催化体和陶瓷蓄热体的蜂窝通道轴线重合，燃气快切阀置于炉外且沿燃气流动方向置于石英供气管的上游，石英供气管穿过炉壁，石英供气管出口端高出催化体顶面15～20mm且和催化体顶面的中心在同一条垂直线上，点火器穿过石英供气管和催化体顶面之间的炉壁。
专利摘要一种综合平面燃烧、空气预热燃烧和蜂窝蓄热优势的蜂窝蓄热燃烧型催化剂起燃装置。本实用新型包括两套结构相同且紧凑布置的蓄热燃烧器和空烟气四通换向阀，燃烧器包括稳压室，蜂窝蓄热体，蜂窝催化体，常开型点火器，燃气快切阀和石英供气管，蓄热体置于稳压室之上且比表面积＞800m<sup>2</sup>/m<sup>3</sup>，催化体置于蓄热体之上，供气管出口端高出催化体15～20mm且在催化体中垂线上，点火器置于供气管和催化体之间。燃烧器以1/(15～60)频率周期组织燃烧和冷却烟气。本实用新型能燃用低热值燃气，能在60min内完成起燃操作，经济安全简便，催化体温度均匀且易于调控。适用于流向变换型催化反应器，催化燃烧锅炉，燃气轮机或炉窑使用。
文档编号F23C13/00GK201141595SQ20072006493
公开日2008年10月29日 申请日期2007年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者周孑民, 全 张, 明 徐, 徐文耀, 炽 梅, 艾元方, 艾振宙, 蒋受宝, 蒋绍坚 申请人:中南大学